Fundamentals and Applications of Microfluidics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Artech House

作者:Nguyen, Nam-Trung/ Wereley, Steven T.

出品人:

页数:514

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9781580539722

丛书系列:

图书标签:

Microfluidics
Lab-on-a-Chip
Biomedical Engineering
Chemical Engineering
Fluid Mechanics
Microbiology
Diagnostics
Drug Delivery
BioMEMS
Analytical Chemistry

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具体描述

Updating the Artech House bestseller, "Fundamentals and Applications of Microfluidics", this newly revised second edition provides electrical and mechanical engineers with complete and current coverage of microfluidics - an emerging field involving fluid flow and devices in microscale and nanoscale. The second edition offers a greatly expanded treatment of nanotechnology, electrokinetics and flow theory. The book shows engineers how to take advantage of the performance benefits of microfluidics and serves as an instant reference for state-of-the-art microfluidics technology and applications. The wide range of applications discussed includes fluid control devices, gas and fluid measurement devices, medical testing equipment, and implantable drug pumps. Professionals learn how to choose the best fabrication and enabling technology for a specific microfluidic application.

液体微观世界的精妙操控：微流控芯片设计与制造的创新前沿聚焦于集成化、高通量分析的未来驱动力本书深入探讨了微流控技术领域的前沿进展与核心原理，旨在为研究人员、工程师以及技术开发者提供一个全面、深入且实用的技术指南。我们超越了对基础概念的简单罗列，而是着重剖析了当前微流控系统在芯片设计范式转变、先进制造工艺的突破、复杂流体动力学建模以及生物医学应用集成方面所面临的关键挑战与创新解决方案。第一部分：微流控系统的基础物理学与尺度效应的深入解析本部分首先系统回顾了微尺度下流体行为的独特物理特性。不同于宏观流体动力学，在微米尺度下，惯性力相对于粘性力的影响急剧下降，使得雷诺数（Reynolds Number）极低，流体流动主导因素转变为普朗特数（Peclet Number）和毛细效应。我们将详细分析无牛顿流体在微通道内的复杂剪切速率分布，以及表面张力、润湿性、电润湿效应（Electrowetting）如何成为控制液滴和界面行为的关键驱动力。特别地，我们对微通道几何形状对流场结构的影响进行了定量分析。例如，方形、圆形以及具有特殊纹理的通道截面如何影响传质效率和混合速度。此外，深入讨论了微泵与微阀的驱动原理，涵盖了基于压电效应、电磁驱动以及液滴驱动的无阀流控技术，重点关注这些驱动元件在实现精准流量控制和时间序列编程中的性能极限与优化策略。第二部分：先进微流控芯片的制造范式与材料科学现代微流控系统的性能瓶颈往往受限于制造精度和材料兼容性。本书的第二部分将重点介绍从原型制作到大规模集成的多层次制造技术。我们详细考察了软光刻（Soft Lithography）技术的演进，特别是PDMS（聚二甲基硅氧烷）基材的优势与局限性。重点讨论了如何通过表面改性技术（如等离子体处理、化学接枝）来精确调控通道内壁的亲/疏水性，以适应不同生物分子或溶剂的输送需求。更进一步，本书前瞻性地介绍了高分辨率的增材制造（3D打印）技术在微流控领域的应用。我们评估了立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）等技术在制造具有复杂三维结构、多层集成流路以及一体化传感器的芯片方面的潜力，并讨论了这些技术在材料选择（如光敏树脂、陶瓷前驱体）上面临的收缩率控制和分辨率保持的工程难题。针对集成电路的制造思路，我们探讨了玻璃和硅基微流控芯片的深反应离子刻蚀（DRIE）技术，以及如何实现键合（Bonding）过程的缺陷最小化。第三部分：数字微流控与液滴生成动力学数字微流控（Digital Microfluidics, DMF）代表了流体控制的根本性转变——从连续流控转向离散液滴操作。本部分聚焦于电润湿驱动的DMF系统的设计与控制算法。我们提供了液滴运动轨迹预测的计算模型，该模型综合考虑了电场分布、接触角动态变化、以及通道表面非均匀性对液滴移动速度和形状的影响。关键内容包括高效的液滴分束（Splitting）、合并（Merging）和混合（Mixing）策略的优化。针对高通量筛选的需求，本书详细阐述了稳定、均匀的单液滴生成技术，包括T型接头（T-junctions）和流聚焦（Flow Focusing）结构中的流体力学稳定性分析，以及如何通过外部振荡或压力脉冲来精确控制液滴尺寸的均一性。第四部分：集成传感、数据获取与应用接口微流控的价值在于其与分析检测单元的无缝集成。本章探讨了如何将光学、电化学和力学传感器小型化并集成到微流控平台上。在光学传感方面，我们详细分析了共振腔增强技术（如SPR和LSPR）与微通道的耦合设计，以及如何利用光子晶体结构来提升检测灵敏度。对于电化学集成，重点讨论了三电极阵列的微加工技术，以及如何利用微流控控制的电解液流动来优化分析物的传输速率，从而提高电化学测量的信噪比。更重要的是，我们关注数据采集与系统自动化。本书介绍了用于实时监测流体状态、温度和压力的嵌入式控制系统的架构设计，以及如何利用机器学习算法来校准传感器漂移、优化实验参数，实现“芯片上的实验室”（Lab-on-a-Chip, LOC）系统的全自动运行。第五部分：面向前沿领域的系统级解决方案本部分将前述的理论与技术应用于解决当前科学和工程领域中的重大挑战。高通量细胞分选与单细胞分析：探讨了如何结合声流体（Acoustofluidics）或介电泳（Dielectrophoresis, DEP）技术，利用微流控平台实现对异质性细胞群的活体、无损伤分离，并详细介绍了用于单细胞基因组学和蛋白质组学的捕获、裂解和反应集成方案。即时诊断（POC）与临床转化：分析了将微流控设备从实验室转移到床旁（Point-of-Care）所必需的鲁棒性设计、试剂存储与长效稳定性问题，特别关注了免疫检测（如ELISA）和核酸扩增（如LAMP）在微流控芯片上的优化流程设计。先进材料合成与可控组装：考察了微流控在精确控制纳米粒子和微胶囊的尺寸与形貌方面的独特优势，以及如何利用梯度流场实现材料尺寸的连续调控，这对于药物递送系统和先进功能材料的开发至关重要。本书旨在提供一个兼具理论深度和工程实践指导的参考，推动微流控技术从实验室研究走向产业化应用。